垃圾焚烧炉用耐火材料的使用现状及发展趋势

摘要：简要地介绍了垃圾焚烧炉的结构、特征和使用技术，阐述了焚烧炉用耐火材料的种类、性能及其使用效果，并指出焚烧炉用耐火材料今后的发展方向。

关键词：垃圾焚烧炉；耐火材料；现状与发展

随着世界人口的不断增加和经济的高速发展，城市垃圾和工业废物的数量急剧增多。垃圾的存在不仅占用大量的空间，而且对地球环境造成严重污染，危害人类和动植物的环境。因而城市垃圾和产业废弃物的处理是一个亟待解决的问题。

目前，世界各国为实现“综合的垃圾经济”所做的努力越来越多，这一概念的主要内容是避免产生垃圾和重新利用垃圾。西方一些国家对垃圾处理所做的努力取得了显著成绩，研究开发了各种处理垃圾的方法：生物处理、热处理以及生物处理和热处理相结合。比较研究各种垃圾处理的方法后表明，目前还没有哪一种技术能够代替焚烧法，该法具有减容量大、处理及时、无害化程度高且可以回收热能等一系列优点而倍受关注，已成为发达国家处理垃圾的主要方式。

为适应环保产业的日益发展，满足焚烧炉的需要，世界各国开发使用了各种优质耐火材料，并取得了显著的使用效果，因而继续研究开发性能优异的耐火材料已成为当务之举。

1垃圾焚烧炉的类型和特点

常见的焚烧炉有：间歇式焚烧炉、炉箅式焚烧炉、CAO焚烧系统、流化床式焚烧炉、回转炉式焚烧炉等。图1是垃圾焚烧设备的流程图。

图1垃圾焚烧设备流程图

1.平台；

2.垃圾装入门；

3.垃圾坑；

4.垃圾吊车；

5.垃圾料斗；

6.焚烧炉；

7.锅炉；

8.反应塔；

9.除尘装置；10.抽风机；11.烟囱；12.强制鼓风机；13.蒸汽式空气预热器；14.运灰机；

15.磁选机；16.灰坑；17.灰吊车；18.金属运送机；19.金属坑；20.除尘粉尘运送机；21.反应塔下粉尘运送机；22.集中粉尘运送机；23.飞灰处理装置；24.飞灰坑；25.防止白烟用鼓风机；26.蒸汽式空气加热器；27.垃圾污水槽；28.垃圾水中间槽；29.高压蒸汽储汽器；

30.蒸汽汽轮机；31.中央控制室；32.控制传感器室；33.受电变电室；34.锅炉副机室；35.闸门操作室

间歇式焚烧炉

间歇式焚烧炉一般分为小型炉和大型炉，目前使用的焚烧炉多半是小型炉，一次性投入垃圾，焚烧结束后，再次投入垃圾，日处理垃圾量在25t以下，一般按规定的时间出灰。炉下部设有炉箅、气体冷却、废气排出和送风装置；若是大型炉，常设有垃圾投入和排灰装置。无论是大型炉还是小型炉，其特点为：结构简单，建设费用少、使用时间长；但气体量和气体温度波动大，热量有效利用差，灰份残渣多等。

炉箅式焚烧炉

炉箅式焚烧炉也称炉排式焚烧炉，是一种连续式焚烧炉，因其优良的使用性能而逐渐取代了间歇式焚烧炉。目前城市垃圾焚烧炉大多数为这种焚烧炉(约占70%)，其日处理量为80-200t,大型炉为300-600t。炉箅式焚烧炉底部设有多段炉算，炉箅上堆放用料斗供给的垃圾，在移动炉箅的同时，在其下部吹入燃烧空气，进行干燥、燃烧。炉箅式焚烧炉的特点是：炉身高大，造价较高；只有一个燃烧室，对进入炉内的垃圾不必分选、破碎；固体垃圾在炉内停留约1-3h，气体停留约几秒种；垃圾的表层温度为800℃，烟气温度为800-1000℃；要求炉排耐高温、耐腐蚀、机械性能好。

为减少焚烧炉产生的有害气体(如二恶英、NO、NO2、CO等)，日本钢管公司采用NKK技术开发了双回流炉箅式焚烧炉，使来自副烟道的还原性气体与主烟道的燃烧气体进行再燃烧，从而抑制NOx气体的发生，促进燃气的完全燃烧，减少二恶英的发生。

(Controlled Air Oxidation控制空气燃烧)焚烧系统

该系统是一种新型垃圾焚烧炉，采用的是垃圾热氧化分解技术，其特点是：垃圾在燃烧前要经过热解、气化；对垃圾的热值没有严格要求(不像其他类型的焚烧炉)；有两个燃烧室，固体垃圾在第一燃室，气体在第二燃室，前者温度为600-800℃，停留时间约3-6h，后者温度为800-1000℃，停留时间约为1-3s；整个系统结构紧凑，占地面积小，炉排固定，造价低。

流化床式焚烧炉

流化床式焚烧炉其关键技术为鼓风机和空气输送装置，炉体有圆形和方形，垃圾在进人炉内须进行粉碎(10-30cm)，气体冷却方式有锅炉式和喷水式，全连续燃烧式大型炉采用锅炉式冷却方式。炉内沸腾化的载体沙子(600-800℃)不仅使垃圾悬浮燃烧，而且使沸腾层温度均匀。其特点是：炉内热容量大，可燃烧热值较低的垃圾；炉内温度均匀，燃烧充分，垃圾停留时间长，日处理量小(约2000t)。

回转窑式工业垃圾焚烧炉

回转窑式工业垃圾焚烧炉由回转窑本体、废弃物供给装置、驱动装置、烧嘴、二次燃烧炉等组成，在其后部设有焚烧炉箅，并配有出灰运输机，顶部有二次燃烧气体鼓入装置。其特点是：适合处理大型垃圾和产业废弃物(如污泥、燃油、沥青、涂料渣和塑料等)；垃圾在回转窑中回转燃烧，温度约为900℃，二次燃烧炉温度为1100-1200℃。

2垃圾焚烧炉用耐火材料

一般要求

当焚烧的垃圾为不同组成的非均匀性混合物时，其类型、数量和热含量方面也有很大不同。为此内衬的物理和化学性能应适应操作期间不同阶段的要求。垃圾焚烧炉的工作温度一般不超过1400℃，但复杂的工作环境(如气体的侵蚀、垃圾在高温移动过程中对炉体内部的磨损和冲击)要求优质耐火材料内衬，而且需求量也将不断增加。通常要求耐火材料有如下特点：①良好的体积稳定性；②良好的高温强度和耐磨性；③良好的耐酸性；④良好的抗震稳定性；

⑤良好的抗侵蚀性(CO、Cl2、SO2、HCl、碱金属蒸汽等)；⑥良好的施工性(不定形)；⑦良好的耐热、隔热性。

耐火材料的选择依据

不同的焚烧炉其操作条件不同，内部使用温度不同所需耐火材料的性能也不同，因而应根据其工作环境和使用温度选择不同性能的耐火材料。表1给出了焚烧炉用耐火材料的典型性能。表1焚烧炉用耐火材料的典型性能

根据工作环境选择耐火材料

在焚烧炉的投入部位，由于废弃物的投入和落下都需与材料接触，同时投入口的温度经常变化，因而要求耐火材料有良好的耐磨性和耐热震稳定性，可选用粘土砖；在干燥室和燃烧室内，废弃物与炉衬在高温下直接接触，一方面炉渣会附着在炉衬上，另一方面杂质也会侵入炉衬，同时废弃物的投入必然引起温度的变化，因而要求耐火材料不仅耐磨、耐蚀、难附着，而且还要抗碱、抗氧化性，一般选用粘土砖、高铝砖、SiC砖、浇注料和可塑料；在管道和气体冷却部位，由于喷水、杂质人侵和温度变化，所以要求耐火材料抗碱、耐水、耐热震性，可选浇注料；在流动床式焚烧炉的流动床部位，高温沸腾沙与废弃物的混合过程中，不仅对炉衬有冲刷，而且有杂质侵入，因而所选炉衬要耐磨、抗碱，常用粘土砖和浇注料；在回转窑式焚烧炉的回转窑部位，废弃物需不停回转且废弃物的加入引起温度的变化，因而要求材料耐磨、耐热震性，一般选用粘土砖、高铝砖、SiC砖或浇注料。

总之，垃圾焚烧炉用耐火材料大致分为耐火砖和不定形耐火材料，前者包括粘土砖、高铝砖、碳化硅砖，后者以粘土质、高铝质、碳化硅质浇注料和粘土质、高铝质可塑料为主。

根据使用温度选择耐火材料